JP4516314B2 - Apparatus and method for rapid destruction of cells or viruses - Google Patents

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Description

（関連出願の情報）
この出願は、２００１年１０月４日に出願された米国特許出願番号０９／９７２，２２１からの優先権を主張し、これらの開示は、本明細書中に参考として援用される。 (Related application information)
This application claims priority from US patent application Ser. No. 09 / 972,221 filed Oct. 4, 2001, the disclosures of which are hereby incorporated by reference.

（発明の分野）
本発明は、細胞またはウイルスを迅速に破壊するための装置および方法に関する。 (Field of Invention)
The present invention relates to an apparatus and method for rapidly destroying cells or viruses.

（発明の背景）
細胞またはウイルスからの核酸の抽出は、分子生物および生物医学的診断薬の分野における多くの適用に対して必須の仕事である。一旦、細胞から放出されると、核酸は、遺伝子分析（例えば、配列決定、病原体の同定および病原体の定量、核酸変異分析、ゲノム分析、遺伝子発現研究、薬理学的モニタリング、薬物開発のためのＤＮＡライブラリーの保存など）のために使用され得る。遺伝子分析としては、代表的に、公知の技術を使用する核酸増幅および核酸検出が挙げられる。例えば、公知のポリヌクレオチド増幅反応としては、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、ＱＢレプリカーゼ増幅（ＱＢＲ）、自己維持配列複製（ｓｅｌｆ−ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）（３ＳＲ）、鎖置換増幅（ＳＤＡ）、「分枝鎖」ＤＮＡ増幅、連結活性転写（ｌｉｇａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）（ＬＡＴ）、核酸配列ベースの増幅（ＮＡＳＢＡ）、ローリングサークル増幅（ｒｏｌｌｉｎｇ ｃｉｒｃｌｅ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（ＲＣＡ）、修復鎖反応（ＲＣＲ）、およびサイクリングプローブ反応（ｃｙｃｌｉｎｇ ｐｒｏｂｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ）（ＣＰＲ）が挙げられる。 (Background of the Invention)
Extraction of nucleic acids from cells or viruses is an essential task for many applications in the field of molecular biology and biomedical diagnostics. Once released from the cell, the nucleic acid is subjected to genetic analysis (eg, sequencing, pathogen identification and pathogen quantification, nucleic acid mutation analysis, genomic analysis, gene expression studies, pharmacological monitoring, DNA for drug development) Library storage etc.). Genetic analysis typically includes nucleic acid amplification and nucleic acid detection using known techniques. For example, known polynucleotide amplification reactions include polymerase chain reaction (PCR), ligase chain reaction (LCR), QB replicase amplification (QBR), self-sustained sequence replication (3SR), strand displacement amplification (SDA), “branched” DNA amplification, ligation activated transcription (LAT), nucleic acid sequence-based amplification (NASBA), rolling circle amplification (RCA), repair chain reaction (RCR) ), And cycling probe reaction (CPR).

細胞またはウイルスからの核酸の抽出は、一般的に、物理的方法または化学的方法によって実施される。化学的方法は、代表的に、細胞を破壊するためそして核酸を放出するために溶解試薬（例えば、界面活性剤、酵素または強力な有機物）を使用し、任意の汚染タンパク質または強力な干渉タンパク質を変性させるカオトロピック塩を用いて抽出の処理を行う。このような化学的方法は、Ｈｅｎｃｏらに対する米国特許第５，６５２，１４１号およびＬｉｐｓｈｕｔｚらに対する米国特許第５，８５６，１７４号に記載されている。細胞を破壊するためのきつい（ｈａｒｓｈ）化学薬品の使用に対するひとつの欠点は、化学薬品が核酸の次の増幅に対して抑制的であることである。したがって、化学的破壊方法の使用において、代表的には、さらに分析を進める前に細胞から放出された核酸を精製することは必要である。このような精製の工程は、時間を消費し、高価であり、そして分析のため回収された核酸の量を減少させる。   Extraction of nucleic acids from cells or viruses is generally performed by physical or chemical methods. Chemical methods typically use lysis reagents (eg, detergents, enzymes or strong organics) to destroy cells and release nucleic acids, and remove any contaminating or strong interfering proteins. Extraction is performed using the chaotropic salt to be denatured. Such chemical methods are described in US Pat. No. 5,652,141 to Henco et al. And US Pat. No. 5,856,174 to Lipshutz et al. One drawback to the use of harsh chemicals to destroy cells is that the chemical is inhibitory to subsequent amplification of nucleic acids. Thus, in the use of chemical disruption methods, it is typically necessary to purify the nucleic acid released from the cells before proceeding with further analysis. Such purification steps are time consuming, expensive and reduce the amount of nucleic acid recovered for analysis.

細胞を破壊するための物理的な方法は、核酸増幅（例えば、ＰＣＲ）を阻害するきつい化学薬品をしばしば必要としない。しかし、これらの物理的方法もまた、欠点を有する。例えば、細胞を破壊する１つの物理的な方法は、溶液中に細胞を配置することおよび細胞壁を壊して開くための沸騰のため溶液を熱することを包含する。残念なことに、熱は、しばしばタンパク質を変性させ、そしてタンパク質を放出された核酸に固着（ｓｔｉｃｋ）させる。次いで、タンパク質は、核酸を増幅するための次の試みを妨げる。別の物理的方法は、細胞壁が壊れるまで、細胞が繰り返し凍結および解凍するという凍結解凍である。残念なことに、凍結解凍は、極度に強靭な外層を有する多くの構造（最も特定の胞子およびウイルス）をしばしば壊して開くことができない。   Physical methods for disrupting cells often do not require harsh chemicals that inhibit nucleic acid amplification (eg, PCR). However, these physical methods also have drawbacks. For example, one physical method of disrupting cells involves placing the cells in solution and heating the solution for boiling to break and open the cell walls. Unfortunately, heat often denatures the protein and causes the protein to stick to the released nucleic acid. The protein then prevents the next attempt to amplify the nucleic acid. Another physical method is freeze-thaw, where the cells are repeatedly frozen and thawed until the cell wall is broken. Unfortunately, freeze-thaw cannot often break and open many structures (most specific spores and viruses) that have extremely tough outer layers.

細胞を破壊するための別の物理的方法は、圧力装置の使用である。この方法を用いた場合、マイコ細菌微生物の溶液は、高圧力下で非常に小さな直径の穴を通過される。穴を通過する間、マイコ細菌は、機械的な力によって壊して開けられ、そしてこれらの内容物は、溶液中にこぼされる。しかし、このようなシステムは、大きく、高価であり、そして過剰の熱が溶解された細胞の内容物を構築することおよび損害を与えることを防ぐための冷却システムを必要とする。さらに、この機器は、動作の間で洗浄されおよび浄化されることが必要であり、そして感染性物質が取り扱われる場合には、大きな閉じ込めシステム（スペル）が必要とされる。このシステムのさらなる欠点は、溶液が実質的に同じサイズを有する粒子だけを含まなければならず、その結果このシステムは、多くの未処理の臨床試料または生物学的試料を処理するために使用され得ない。   Another physical method for destroying cells is the use of pressure devices. When this method is used, the solution of mycobacterial microorganisms is passed through a very small diameter hole under high pressure. While passing through the hole, mycobacteria are broken open by mechanical force and their contents are spilled into the solution. However, such systems are large, expensive, and require a cooling system to prevent excessive heat from building up and damaging the contents of the lysed cells. In addition, the equipment needs to be cleaned and cleaned during operation and a large containment system (spell) is required when infectious material is handled. A further disadvantage of this system is that the solution must contain only particles having substantially the same size, so that this system is used to process many untreated clinical or biological samples. I don't get it.

細胞が超音波撹拌に細胞を供することによって溶解され得ることもまた、公知である。この方法は、米国特許第５，３７４，５２２号においてＭｕｒｐｈｙらによって開示されている。この方法によれば、細胞の溶液または懸濁液は、小さなビーズとともに容器の中に配置される。次いで、容器は、細胞が破壊して、細胞成分を放出するまで、超音波浴中に配置される。この方法は、いくつかの欠点を有する。第一に、浴中で超音波エネルギーは、均一でない、その結果、技術者は、浴の中に高エネルギー領域を置き、そしてその領域の中に容器を置かなければならない。超音波エネルギーの不均一はまた、矛盾した結果を生じる。第２に、超音波浴は、容器の中にエネルギーを集中しない、その結果、細胞の破壊を完全にするためにはしばしば数分間、本発明の方法と比較する場合には比較的長時間かかる。第３に、細菌戦検出、法医学分析、または環境サンプルの体験テストで使用するための領域の中で超音波浴を実施することは、実践的ではない。   It is also known that cells can be lysed by subjecting the cells to ultrasonic agitation. This method is disclosed by Murphy et al. In US Pat. No. 5,374,522. According to this method, a solution or suspension of cells is placed in a container with small beads. The container is then placed in an ultrasonic bath until the cells break and release cellular components. This method has several drawbacks. First, the ultrasonic energy in the bath is not uniform so that the technician must place a high energy area in the bath and a container in that area. The non-uniformity of ultrasonic energy also produces inconsistent results. Secondly, the ultrasonic bath does not concentrate the energy in the container, so that it often takes several minutes to complete cell destruction and a relatively long time when compared to the method of the present invention. . Third, it is impractical to perform an ultrasonic bath in an area for use in bacterial warfare detection, forensic analysis, or environmental sample experience testing.

細胞の超音波溶解のための別の方法は、Ｌｉに対する米国特許第４，９８３，５２３号に開示されている。核酸は、この方法に従って、４０ｋＨｚ以上の周波数で共鳴する超音波発生装置の振動エレメントとの物理的接触をもたらすサンプル容器中に含まれるサンプルを非侵襲的に超音波処理することによって細胞、細菌およびウイルスから放出される。超音波装置の振動エレメントとサンプル容器の壁を接触することの１つ主要な問題は、壁に対する超音波装置の振動が、壁に対して重大な損害（一般的には、壁が溶解するかまたはひびが入るか）を非常に引き起こし、作業領域の汚染、操作者の健康害、および分析されるサンプルの損失を導きそうなことである。   Another method for ultrasonic lysis of cells is disclosed in US Pat. No. 4,983,523 to Li. Nucleic acids are produced in accordance with this method by non-invasively sonicating a sample contained in a sample container that provides physical contact with a vibrating element of an ultrasonic generator that resonates at a frequency of 40 kHz or higher. Released from the virus. One major issue with contacting the vibrating element of the ultrasonic device with the wall of the sample container is that the vibration of the ultrasonic device relative to the wall can cause significant damage to the wall (typically whether the wall will dissolve Or is likely to lead to contamination of the work area, health hazards to the operator, and loss of the sample being analyzed.

（要旨）
本発明は、細胞またはウイルスを破壊して、そこから核酸を放出するための改良された装置および方法を提供する。 (Summary)
The present invention provides improved devices and methods for destroying cells or viruses and releasing nucleic acids therefrom.

好ましい実施形態では、装置は、破壊されるべき細胞またはウイルスを含む液体またはゲルを捕捉するためのチャンバを有する容器を備える。容器は、チャンバを規定する少なくとも１つの壁を備え、そして壁は、チャンバに対して外側の表面を有する。装置はまた、トランスデューサーデバイスが、壁に連結される場合に、チャンバで圧縮波または圧力パルスを発生させるために十分な操作振動および操作振幅で振動するためのトランスデューサーデバイスも備える。装置はさらに、壁の中の応力を生成するために十分な前負荷力を用いて壁の外部表面にトランスデューサーデバイスを結合するための手段を包含する。壁が、前負荷力によって圧力を加えられる場合、壁の固有周波数は、トランスデューサーデバイスの操作周波数に等しいかまたはトランスデューサーデバイスの操作周波数の５０％未満で、トランスデューサーデバイスの操作周波数とは異なる。   In a preferred embodiment, the device comprises a container having a chamber for capturing a liquid or gel containing cells or viruses to be destroyed. The container includes at least one wall defining a chamber, and the wall has an outer surface relative to the chamber. The apparatus also includes a transducer device for oscillating at an operational vibration and operational amplitude sufficient to generate a compression wave or pressure pulse in the chamber when the transducer device is coupled to a wall. The apparatus further includes means for coupling the transducer device to the exterior surface of the wall with a sufficient preload force to generate stress in the wall. When the wall is pressurized by a preload force, the natural frequency of the wall is equal to or less than 50% of the operating frequency of the transducer device and is different from the operating frequency of the transducer device. .

別の局面によれば、本発明は、細胞またはウイルスを破壊するための方法を提供する。この方法は、容器のチャンバ中で細胞またはウイルスを含む液体またはゲルを捕捉する工程を包含する。この容器は、チャンバを規定する少なくとも１つの壁を備え、そしてこの壁は、チャンバに対して外側の表面を有する。トランスデューサーデバイスは、壁の中に応力を生成するために十分な前負荷力を用いて壁の外部表面に連結される。トランスデューサーデバイスは、チャンバ中で圧縮波または圧力パルスを発生するために十分な振動および振幅で操作される。壁が、前負荷力によって圧力を加えられる場合、壁の固有周波数は、トランスデューサーデバイスの操作周波数に等しいかまたはトランスデューサーデバイスの操作周波数の５０％未満で、トランスデューサーデバイスの操作周波数とは異なる。   According to another aspect, the present invention provides a method for destroying cells or viruses. The method includes capturing a liquid or gel containing cells or viruses in a chamber of a container. The container includes at least one wall defining a chamber, and the wall has an outer surface relative to the chamber. The transducer device is coupled to the external surface of the wall with sufficient preload force to generate stress in the wall. The transducer device is operated with sufficient vibration and amplitude to generate a compression wave or pressure pulse in the chamber. When the wall is pressurized by a preload force, the natural frequency of the wall is equal to or less than 50% of the operating frequency of the transducer device and is different from the operating frequency of the transducer device. .

（詳細な説明）
本発明は、細胞またはウイルスを破壊するための装置および方法を提供する。細胞は、動物細胞、植物細胞、胞子、細菌または微生物であり得る。ウイルスは、ＲＮＡ核またはＤＮＡ核を取り巻くタンパク質コートを有する任意の型の感染性薬剤であり得る。 (Detailed explanation)
The present invention provides an apparatus and method for destroying cells or viruses. The cell can be an animal cell, a plant cell, a spore, a bacterium or a microorganism. The virus can be any type of infectious agent that has a protein coat surrounding the RNA or DNA nucleus.

本明細書中で引用される全ての公開および特許出願は、各々の公開または特許出願が、参考として援用されることを特別かつ個々に示される場合、参考として本明細書中で援用される。   All publications and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference if each publication or patent application is specifically and individually indicated to be incorporated by reference.

図１−２は、本発明の第一の実施形態による細胞またはウイルスを破壊するための装置１０を示す。図１は、装置１０の等尺図を示し、そして図２は、装置１０の断面図を示す。図１−２で示されるように、装置１０は、細胞またはウイルスを保持するためのチャンバ４０を有するカートリッジまたは容器１８を備える。この容器は、チャンバ４０を規定する壁４６を備える。装置１０はまた、壁４６の外部表面（すなわち、チャンバ４０に対して外部にある壁４６の表面）に連結される振動表面を有するトランスデューサーデバイス３８（例えば、超音波ホーンアセンブリ）を備える。   1-2 shows an apparatus 10 for destroying cells or viruses according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an isometric view of the device 10, and FIG. 2 shows a cross-sectional view of the device 10. As shown in FIGS. 1-2, the apparatus 10 comprises a cartridge or container 18 having a chamber 40 for holding cells or viruses. The container includes a wall 46 that defines a chamber 40. The apparatus 10 also includes a transducer device 38 (eg, an ultrasonic horn assembly) having a vibrating surface that is coupled to the outer surface of the wall 46 (ie, the surface of the wall 46 that is external to the chamber 40).

トランスデューサーデバイス３８は、壁４６と直接接触する振動表面を配置することによって壁４６に結合され得る。あるいは、トランスデューサーデバイス３８の振動表面は、別のエレメント（例えば、物質の層）によって壁４６に連結され得る。ゲルまたは液体は、２つの間の接触を改良するために、トランスデューサーデバイスの振動表面またはチャンバ壁の外部表面に提供され得る。   The transducer device 38 may be coupled to the wall 46 by placing a vibrating surface that is in direct contact with the wall 46. Alternatively, the vibrating surface of the transducer device 38 can be coupled to the wall 46 by another element (eg, a layer of material). A gel or liquid can be provided on the vibrating surface of the transducer device or the outer surface of the chamber wall to improve the contact between the two.

壁４６は、トランスデューサーデバイス３８の振動表面とチャンバ４０の内容物との間の界面を提供する。好ましい実施形態において、壁４６は、トランスデューサーデバイス３８に関し丸天井型かつ凸面である（すなわち、壁４６は、トランスデューサーデバイスに向って外側に湾曲している）。壁は、好ましくは、支持されない場合（可撓性フィルムまたは可撓性膜と対向するように）、この形状を保持する構造体であるが、それでもトランスデューサーデバイスの振動動作に応じたゆがみを許容するために十分に弾力性がある。   Wall 46 provides an interface between the vibrating surface of transducer device 38 and the contents of chamber 40. In a preferred embodiment, the wall 46 is vaulted and convex with respect to the transducer device 38 (ie, the wall 46 is curved outwardly toward the transducer device). The wall is preferably a structure that retains this shape when unsupported (as opposed to the flexible film or flexible membrane), but still allows distortion in response to the vibratory motion of the transducer device Elastic enough to do.

本明細書中で使用される場合、「トランスデューサーデバイス」は、電気的エネルギーを振動エネルギーに変換するデバイスを意味することが意図される。トランスデューサーデバイスは、チャンバ壁４６を偏向するための振動表面を有する。トランスデューサーデバイス３８は、壁４６を偏向し、そしてチャンバ４０中で圧力パルスまたは圧縮波を生成するのに十分な操作周波数および操作的振幅で振動し得る。本発明の好ましい実施形態において、トランスデューサーデバイス３８は、チャンバ４０を超音波処理するための超音波ホーンアセンブリである。この超音波ホーンアセンブリは、圧電物質および壁４６に接触するための振動先端部５０を有するホーンを備える。このようにホーン先端部５０は、トランスデューサーデバイスの振動表面を提供する。この実施形態において、トランスデューサーデバイスの操作周波数は、好ましくは、ホーンの共鳴周波数である。   As used herein, “transducer device” is intended to mean a device that converts electrical energy into vibrational energy. The transducer device has a vibrating surface for deflecting the chamber wall 46. The transducer device 38 can oscillate at an operating frequency and amplitude sufficient to deflect the wall 46 and generate a pressure pulse or compression wave in the chamber 40. In a preferred embodiment of the present invention, the transducer device 38 is an ultrasonic horn assembly for sonicating the chamber 40. The ultrasonic horn assembly includes a horn having a vibrating tip 50 for contacting the piezoelectric material and the wall 46. The horn tip 50 thus provides a vibrating surface for the transducer device. In this embodiment, the operating frequency of the transducer device is preferably the resonant frequency of the horn.

超音波ホーンアセンブリは、本発明で好ましいが、異なる型のトランスデューサーデバイスが、本発明の装置および方法において使用され得ることは理解されるべきである。適切なトランスデューサーデバイスとしては、超音波トランスデューサーデバイス、圧電トランスデューサーデバイス、磁気ひずみトランスデューサーデバイス、または静電気トランスデューサーデバイスが挙げられる。トランスデューサーデバイスはまた、創傷コイルを有する電磁デバイス（例えば、ボイス コイル モーターまたはソレノイドデバイス）であり得る。トランスデューサーデバイスの操作周波数は、超音波（すなわち、約２０ｋＨｚより上）または超音波より下（例えば、６０〜２０，０００Ｈｚの範囲）であり得る。より高い周波数（例えば、超音波）を使用することに対する有利な点は、細胞破壊が、非常に迅速であり、そして１０秒〜２０秒でしばしば完了し得ることである。不利な点は、超音波トランスデューサーデバイスは、単純な機械的振動機（例えば、スピーカーまたは電磁式コイルデバイス）よりしばしば高価であることである。   While an ultrasonic horn assembly is preferred in the present invention, it should be understood that different types of transducer devices can be used in the apparatus and method of the present invention. Suitable transducer devices include ultrasonic transducer devices, piezoelectric transducer devices, magnetostrictive transducer devices, or electrostatic transducer devices. The transducer device can also be an electromagnetic device having a wound coil (eg, a voice coil motor or solenoid device). The operating frequency of the transducer device can be ultrasound (ie, above about 20 kHz) or below ultrasound (eg, in the range of 60-20,000 Hz). The advantage over using higher frequencies (eg ultrasound) is that cell disruption is very rapid and can often be completed in 10-20 seconds. The disadvantage is that ultrasonic transducer devices are often more expensive than simple mechanical vibrators (eg, speakers or electromagnetic coil devices).

一つの代替的な実施形態において、トランスデューサーデバイス３８は、圧電物質（例えば、圧電物質の層から製作される圧電スタック）を備える。圧電物質を横切るＡＣ電圧の適用は、圧電物質が、チャンバ４０中で細胞またはウイルスを破壊するために適切な周波数および振幅で振動することを引き起こす。この実施形態において、圧電デバイスは、好ましくは、チャンバ壁４６の外部表面と接触して配置される物質の頂部の層（例えば、シート金属またはマイラー）を備え、その結果、圧電物質は、物質の頂部の層を通じてチャンバ壁に連結される。この実施形態に対する有利な点は、圧電スタックが、迅速な細胞破壊のための超音波周波数で振動するように製造され得、そして超音波ホーンアセンブリよりかなり安価である。   In one alternative embodiment, the transducer device 38 comprises a piezoelectric material (eg, a piezoelectric stack fabricated from a layer of piezoelectric material). Application of an AC voltage across the piezoelectric material causes the piezoelectric material to vibrate at an appropriate frequency and amplitude in the chamber 40 to destroy cells or viruses. In this embodiment, the piezoelectric device preferably comprises a top layer of material (eg, sheet metal or mylar) that is placed in contact with the outer surface of the chamber wall 46 so that the piezoelectric material is composed of the material. Connected to the chamber wall through the top layer. The advantage over this embodiment is that the piezoelectric stack can be manufactured to vibrate at an ultrasonic frequency for rapid cell destruction and is significantly less expensive than an ultrasonic horn assembly.

装置１０は、前負荷力によって壁４６の外部表面にトランスデューサーデバイス３８を連結するための支持構造１２をさらに備える。この支持構造１２は、互いに対し容器１８とトランスデューサーデバイス３８を圧縮し、そしてトランスデューサーデバイス３８の振動表面は、チャンバ壁４６の外部表面に連結される。一つの実施形態において、支持構造１２は、スタンド１６を有する基本構造体１４を備える。トランスデューサーデバイス３８は、ガイド２４によって基本構造体１４にスライド可能に取り付けられる。ガイド２４は、基本構造体１４と共に一体的に形成されるか、または基本構造体に固定して装着されるかのいずれかである。支持構造１２はまた、容器１８を保持するための基本構造体１４に装着されたホルダー２０を備える。ホルダー２０は、チャンバ壁４６への接触を提供するＵ型底部を有する。ガイド２４およびホルダー２０は、各々、壁４６の外部表面が、トランスデューサーデバイス３８に接触するように、トランスデューサーデバイス３８および容器１８を保持するように配置される。支持構造１２はまた、容器１８に対する先端保持具２２を備える。保持具２２は、容器１８で形成される出口ポート４４に接触可能にするようにＵ型である。   The apparatus 10 further comprises a support structure 12 for coupling the transducer device 38 to the outer surface of the wall 46 by a preload force. This support structure 12 compresses the container 18 and the transducer device 38 relative to each other, and the vibrating surface of the transducer device 38 is coupled to the outer surface of the chamber wall 46. In one embodiment, the support structure 12 includes a basic structure 14 having a stand 16. The transducer device 38 is slidably attached to the basic structure 14 by the guide 24. The guide 24 is either integrally formed with the basic structure 14 or is fixedly attached to the basic structure. The support structure 12 also comprises a holder 20 mounted on the basic structure 14 for holding the container 18. The holder 20 has a U-shaped bottom that provides contact to the chamber wall 46. Guide 24 and holder 20 are each arranged to hold transducer device 38 and container 18 such that the outer surface of wall 46 contacts transducer device 38. The support structure 12 also includes a tip retainer 22 for the container 18. The retainer 22 is U-shaped to allow contact with an outlet port 44 formed by the container 18.

支持構造１２は、壁４６に対しトランスデューサーデバイス３８を押しつけるようにトランスデューサーデバイス３８に対し力を適用するためのバネ２６のような弾性体をさらに備える。トランスデューサーデバイス３８の振動表面は、従って、壁４６の中に応力を生成するために十分な前負荷力によって壁４６に連結される。バネ２６は、バネガイド３２と結合体２８の基部との間に配置され、そしてトランスデューサーデバイス３８の底を支える。図１中で示されるように、結合体２８は、好ましくは、トランスデューサーデバイス３８の電源コード（示さず）が、配置され得る窓３０を有する。ボルトまたはスクリュウ３６は、基本構造体１４中に形成される調整溝３４中にバネガイド３２を保持する。バネ２６によって提供される力の大きさは、バネガイド３２を保持するボルト３６を緩めることによって、新しい位置にガイド３２を動かすことによって、そして新しい位置でガイド３２を保持するようにボルト３６を締め直すことによって調整され得る。いったん、バネ２６の位置が、壁４６にトランスデューサーデバイス３８を結合するための適切な前負荷力を提供するように調整されると、装置１０の一回の使用から次の使用で、前負荷を一定に維持することが望ましい。   The support structure 12 further includes an elastic body, such as a spring 26, for applying a force against the transducer device 38 to press the transducer device 38 against the wall 46. The vibrating surface of the transducer device 38 is thus coupled to the wall 46 by a preload force sufficient to generate stress in the wall 46. The spring 26 is disposed between the spring guide 32 and the base of the coupling body 28 and supports the bottom of the transducer device 38. As shown in FIG. 1, the coupling 28 preferably has a window 30 in which the power cord (not shown) of the transducer device 38 can be placed. The bolt or screw 36 holds the spring guide 32 in an adjustment groove 34 formed in the basic structure 14. The magnitude of the force provided by the spring 26 is determined by loosening the bolt 36 holding the spring guide 32, moving the guide 32 to a new position, and retightening the bolt 36 to hold the guide 32 in the new position. Can be adjusted. Once the position of the spring 26 has been adjusted to provide the appropriate preload force for coupling the transducer device 38 to the wall 46, the preload can be used from one use of the apparatus 10 to the next. It is desirable to maintain a constant value.

図３は、容器１８の断面図を示す。容器１８は、先端部分５２、中間部分５４および底部分５６を含む本体を有する。中間部分５４は、チャンバ４０への入り口４２を規定し、そして先端部分５２は、チャンバへの出口４４を規定する。口４２、４４は、チャンバ４０を通る液体サンプルの流れを許容するように位置付けられる。壁４６は、ガスケット５８、６０を使用して中間部分５４と底部分５６との間に保持されている。あるいは、壁４６は、単に中間部分５４に対して熱密封されるか、または中間部分５４と一体化して成形されるかであり得、その結果、底部分５６およびガスケット５８、６０は、除去され得る。必要に応じて、容器１８は、サンプルが、チャンバ４０を通って流れるにつれて、破壊される細胞またはウイルスを捕捉するために、チャンバ４０中に固層材（例えば、フィルター４８）を備える。適切な固相材としては、例えば、フィルター、ビーズ、繊維、膜、ガラスウール、フィルター紙、ポリマーおよびゲルが挙げられる。図３には、１つのフィルターだけが示されているが、容器１８は、２０００年１２月７日に公開された国際公開番号ＷＯ００／７３４１３に教示されているように、複数のフィルターを備え得る。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of the container 18. The container 18 has a body that includes a tip portion 52, an intermediate portion 54 and a bottom portion 56. The intermediate portion 54 defines an inlet 42 to the chamber 40 and the tip portion 52 defines an outlet 44 to the chamber. The mouths 42, 44 are positioned to allow the flow of liquid sample through the chamber 40. Wall 46 is held between intermediate portion 54 and bottom portion 56 using gaskets 58, 60. Alternatively, the wall 46 may simply be heat sealed to the intermediate portion 54 or molded integrally with the intermediate portion 54 so that the bottom portion 56 and the gaskets 58, 60 are removed. obtain. Optionally, the container 18 includes a solid material (eg, a filter 48) in the chamber 40 to capture cells or viruses that are destroyed as the sample flows through the chamber 40. Suitable solid phase materials include, for example, filters, beads, fibers, membranes, glass wool, filter paper, polymers and gels. Although only one filter is shown in FIG. 3, the container 18 may comprise a plurality of filters as taught in International Publication No. WO 00/73413 published on December 7, 2000. .

気泡がチャンバ４０から逃げ得ることを確実にするため、液体が、フィルター４８およびチャンバ４０を通って（重力に対して）上に流れる方向で容器１８を使用することが望ましい。チャンバ４０を通る上方への流れは、チャンバからの気泡の流れを助ける。従って、チャンバ４０の中に液体が入るための入り口４２は、一般的に、出口４４より低い高さにあるべきである。チャンバ４０の容積容量は、通常５０〜５００マイクロリットルの範囲である。チャンバ４０の容積容量は、チャンバが小さくて、フィルター４８が詰まるようになることなく、液体サンプルから分離された分析物の濃縮を提供するように選択される。   In order to ensure that bubbles can escape from the chamber 40, it is desirable to use the container 18 in a direction in which liquid flows through the filter 48 and the chamber 40 (against gravity). The upward flow through the chamber 40 assists the flow of bubbles from the chamber. Accordingly, the inlet 42 for liquid to enter the chamber 40 should generally be at a lower height than the outlet 44. The volume capacity of the chamber 40 is typically in the range of 50 to 500 microliters. The volumetric capacity of the chamber 40 is selected to provide concentration of the analyte separated from the liquid sample without the chamber being small and causing the filter 48 to become clogged.

容器１８の本体を形成する部分５２、５４、５６は、好ましくは、成形された重合体部品（例えば、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリルなど）である。成形は、大量製造にとって好ましいが、先端部分５２、中間部分５４、および底部分５６を機械化することもまた可能である。部分５２、５４、５６は、スクリューまたはファスナーによって一緒に保持され得る。あるいは、超音波結合、溶媒結合、またはスナップはめ込み設計は、容器１８を組み立てるために使用され得る。容器１８を製作するための別の方法は、この本体を単一部分として成形し、そして壁４６およびフィルター４８をこの本体に熱密封することである。   The portions 52, 54, 56 that form the body of the container 18 are preferably molded polymeric parts (eg, polypropylene, polycarbonate, acrylic, etc.). Molding is preferred for mass production, but it is also possible to mechanize the tip portion 52, intermediate portion 54, and bottom portion 56. The portions 52, 54, 56 can be held together by screws or fasteners. Alternatively, ultrasonic bonding, solvent bonding, or snap-fit design can be used to assemble the container 18. Another way to make the container 18 is to mold the body as a single piece and heat seal the wall 46 and filter 48 to the body.

この装置は、必要に応じて、そこから細胞内物質（例えば、核酸）を放出させるように細胞またはウイルスを破裂させるために、チャンバ４０中にビーズ６６を含む。トランスデューサーデバイス３８によって発生される圧力パルスまたは圧力波は、ビーズ６６を激しく動かし、そしてビーズ６６の動きは、細胞またはウイルスを破裂する。細胞またはウイルスを破裂するための適切なビーズとしては、ホウケイ酸ガラス、石灰ガラス、シリカ、およびポリスチレンビーズが挙げられる。このビーズは、多孔性または非多孔性であり得、そして好ましくは、５〜２００マイクロメートルの範囲の平均直径を有する。現在好ましい実施形態において、ビーズ６６は、約１０６マイクロメートルの平均直径を有するポリスチレンビーズである。   The device includes beads 66 in the chamber 40 to rupture cells or viruses as needed to release intracellular material (eg, nucleic acids) therefrom. The pressure pulse or wave generated by the transducer device 38 moves the bead 66 violently and the movement of the bead 66 ruptures the cell or virus. Suitable beads for rupturing cells or viruses include borosilicate glass, lime glass, silica, and polystyrene beads. The beads can be porous or non-porous and preferably have an average diameter in the range of 5 to 200 micrometers. In the presently preferred embodiment, beads 66 are polystyrene beads having an average diameter of about 106 micrometers.

図５は、この装置と共に使用するために適切な流体システムを示す。このシステムは、溶解緩衝液を保持するためのボトル７２、洗浄溶液を含むボトル７４、および流体サンプルを保持するためのサンプル容器７６を備える。ボトル７２、７４およびサンプル容器７６は、シリンジポンプ７８のバルブ口にチューブ経由で接続されている。容器１８の入り口はまた、シリンジポンプ７８に接続されている。容器１８の出口は、分配バルブ８０の共通口に接続されている。このシステムはまた、サンプルから取り出された細胞内物質（例えば、核酸）を受け取るための収集チューブ８２、および廃棄物を受け取るための廃棄物容器８４を備える。収集チューブ８２および廃棄物容器８４は、分配バルブ８０の周辺口にそれぞれ接続されている。   FIG. 5 shows a fluid system suitable for use with this device. The system includes a bottle 72 for holding a lysis buffer, a bottle 74 containing a wash solution, and a sample container 76 for holding a fluid sample. The bottles 72 and 74 and the sample container 76 are connected to the valve port of the syringe pump 78 via a tube. The inlet of the container 18 is also connected to a syringe pump 78. The outlet of the container 18 is connected to the common port of the distribution valve 80. The system also includes a collection tube 82 for receiving intracellular material (eg, nucleic acids) removed from the sample, and a waste container 84 for receiving waste. The collection tube 82 and the waste container 84 are connected to the peripheral ports of the distribution valve 80, respectively.

操作の際に、シリンジポンプ７８は、流体サンプルを、容器１８を通ってサンプル容器７６から、そして廃棄物容器８４の中に汲み出す。流体サンプルが、チャンバ４０（図３）中のフィルター４８を通って流れることを強いられる場合、サンプル中の細胞またはウイルスがフィルター４８によって捕捉される。チャンバ４０は、サンプルが、フィルター４８の詰まりを防ぐことを助けるようにチャンバを通って流れることを強いられる場合、超音波処理され得る。次に、シリンジポンプ７８は、洗浄溶液を容器１８を通ってボトル７４から、そして廃棄物容器８４の中に汲み出す。洗浄溶液は、チャンバ４０からＰＣＲインヒビターおよび汚染物質を洗い出す。   In operation, the syringe pump 78 pumps the fluid sample through the container 18 from the sample container 76 and into the waste container 84. When the fluid sample is forced to flow through the filter 48 in the chamber 40 (FIG. 3), cells or viruses in the sample are captured by the filter 48. The chamber 40 can be sonicated if the sample is forced to flow through the chamber to help prevent clogging of the filter 48. The syringe pump 78 then pumps the cleaning solution through the container 18 from the bottle 74 and into the waste container 84. The wash solution flushes PCR inhibitors and contaminants from the chamber 40.

次の工程において、シリンジポンプ７８は、ボトル７２から容器１８の中に溶解緩衝液を汲み出し、そしてチャンバ４０が液体で満たされる。この溶解緩衝液は、力学的圧力パルスまたは力学的圧力波が伝達され得る媒体であるべきである。例えば、溶解緩衝液は、懸濁液または溶液中で細胞またはウイルスを保持するための脱イオン化水を含み得る。あるいは、溶解緩衝液は、細胞またはウイルスの破壊を目的とするため一つ以上の溶解薬剤を含み得る。しかし、本発明の利点の一つは、厳しい溶解剤が、細胞またはウイルスの首尾よい破壊のために必要とされないことである。記載されているように、フィルターを使用して流体サンプルから細胞またはウイルスを分離することが現在好ましいが、ろ過は、本発明の装置および方法にとって重要でないことが理解されるべきである。例えば、破壊される細胞またはウイルスは、細胞またはウイルスを含む液体でチャンバ４０を単に満たすこと（例えば、破壊される細胞またはウイルスを含む水性サンプルでチャンバを満たすこと）によって容器のチャンバ中に配置され得る。この実施形態において、水性サンプルそれ自体が、圧力波または圧力パルスが伝達される液体媒体を提供する。   In the next step, syringe pump 78 pumps lysis buffer from bottle 72 into container 18 and chamber 40 is filled with liquid. This lysis buffer should be a medium through which mechanical pressure pulses or mechanical pressure waves can be transmitted. For example, the lysis buffer can include deionized water to retain cells or viruses in suspension or solution. Alternatively, the lysis buffer may contain one or more lytic agents for the purpose of cell or virus destruction. However, one advantage of the present invention is that strict lysing agents are not required for successful destruction of cells or viruses. As described, it is currently preferred to use a filter to separate cells or viruses from a fluid sample, but it should be understood that filtration is not critical to the devices and methods of the present invention. For example, cells or viruses to be destroyed are placed in the chamber of the container by simply filling chamber 40 with a liquid containing cells or viruses (eg, filling the chamber with an aqueous sample containing cells or viruses to be destroyed). obtain. In this embodiment, the aqueous sample itself provides a liquid medium through which pressure waves or pressure pulses are transmitted.

図２を再び参照すると、トランスデューサーデバイス３８は、壁４６に応力を作製する前負荷力で壁４６の外部表面に連結される。チャンバ４０中で細胞またはウイルスを破壊するため、トランスデューサーデバイス３８が起動される（すなわち、振動動作に誘導される）。トランスデューサーデバイス３８の先端５０が振動するにつれて、それは壁４６を偏向させる。トランスデューサーデバイス３８、チャンバ壁４６、およびチャンバ４６中の液体の相互作用は、壁４６の固有周波数、トランスデューサーデバイス３８の操作周波数、トランスデューサーデバイス３８と壁４６との間の前負荷力、およびトランスデューサーデバイス３８の振動動作の振幅の関数である。これらのパラメーターは、チャンバ４０中で発生される圧力波または圧力パルスの大きさおよびチャンバ中で結果として生じる細胞またはウイルスの破壊を決定する。   Referring back to FIG. 2, the transducer device 38 is coupled to the outer surface of the wall 46 with a preload force that creates stress in the wall 46. In order to destroy cells or viruses in the chamber 40, the transducer device 38 is activated (i.e. induced by an oscillating motion). As the tip 50 of the transducer device 38 vibrates, it deflects the wall 46. The interaction of the transducer device 38, the chamber wall 46, and the liquid in the chamber 46 is due to the natural frequency of the wall 46, the operating frequency of the transducer device 38, the preload force between the transducer device 38 and the wall 46, and It is a function of the amplitude of the vibratory motion of the transducer device 38. These parameters determine the magnitude of the pressure wave or pressure pulse generated in chamber 40 and the resulting cell or virus destruction in the chamber.

壁４６の固有周波数は、壁が、その最も高い振幅で振動することを引き起こす周波数である。前負荷は、壁４６とトランスデューサーデバイス３８との間の結合を維持するように適用される。前負荷は、ドーム型の壁４６の中に圧縮応力を作り出し、この応力は、壁４６の固有周波数を応力のかかっていない状態での固有周波数より下にする。起動された場合、トランスデューサーデバイス３８は、壁４６とバネ２６との間に捕捉された振動構造になる。バネ２６と合わせたトランスデューサーデバイス３８のかたまりは、バネ２６の堅さに依存する固有周波数を有するかたまり／バネシステムである。バネ２６は、トランスデューサーデバイス３８の好ましい操作周波数（例えば、２０〜１２０ｋＨｚ）よりずっと低い、約２０Ｈｚのかたまり／バネシステムの固有周波数で生じる４〜３５Ｎの範囲で前負荷力を提供するように、通常、選択される。   The natural frequency of wall 46 is the frequency that causes the wall to vibrate at its highest amplitude. A preload is applied to maintain the coupling between the wall 46 and the transducer device 38. The preload creates a compressive stress in the dome-shaped wall 46 that causes the natural frequency of the wall 46 to be below the natural frequency in the unstressed state. When activated, the transducer device 38 becomes a vibrating structure captured between the wall 46 and the spring 26. The mass of the transducer device 38 combined with the spring 26 is a mass / spring system having a natural frequency that depends on the stiffness of the spring 26. The spring 26 provides a preload force in the range of 4 to 35 N that occurs at the natural frequency of the mass / spring system of about 20 Hz, much lower than the preferred operating frequency of the transducer device 38 (eg, 20-120 kHz). Usually selected.

壁が、前負荷力で圧縮される場合であって、壁４６の固有周波数が、トランスデューサーデバイス３８の操作周波数より非常に多い場合には、このとき、トランスデューサーデバイス（堅い壁と比較的弱いバネとの間に捕捉される場合）は、バネ２６の中に励振を強いる。この場合において、トランスデューサーデバイス３８は、壁４６に繰り返し突き当たるトランスデューサーデバイスの振動表面を有する、携帯用削岩機のように動く。しかし、壁４６は、衝撃下でわずかだけ形を崩す、堅い部材のように振舞う。各衝撃は、チャンバ４０中でわずかな圧力上昇または圧力パルスを作り出すが、圧力低下は、作り出されず、その結果空洞化は、制限される。このように、この携帯用削岩機技術を使用する場合、トランスデューサーデバイスの振動動作は、チャンバ４０中の液体に完全に移されず、そしてたとえあったとしても、細胞またはウイルスの破壊は、制限される。また、壁は、反復衝撃によって損傷され（例えば、溶解されまたはひびが入れられ）得る。   If the wall is compressed with a preload force and the natural frequency of the wall 46 is much higher than the operating frequency of the transducer device 38, then the transducer device (hard wall and relatively weak) If it is trapped between springs), it will force excitation in the springs 26. In this case, the transducer device 38 moves like a portable rock drill with a vibrating surface of the transducer device that repeatedly strikes the wall 46. However, the wall 46 behaves like a rigid member that is slightly deformed under impact. Each impact creates a slight pressure rise or pressure pulse in the chamber 40, but no pressure drop is created, resulting in limited cavitation. Thus, when using this portable rock drill technology, the vibratory motion of the transducer device is not completely transferred to the liquid in the chamber 40, and the destruction of the cell or virus, if any, Limited. Also, the walls can be damaged (eg, melted or cracked) by repeated impacts.

壁４６が、前負荷力によって圧縮される場合であって、壁４６の固有周波数が、トランスデューサーデバイス３８の操作周波数より非常に少ない場合、このとき、壁４６は、トランスデューサーデバイス３８と同じ周波数で振動することができない。トランスデューサーデバイス３８および壁４６の生じた振動動作は、相から外れ、そして壁およびトランスデューサーデバイスは、物理的に分離する（すなわち、トランスデューサーデバイス３８の振動表面は、その前方ストロークで壁４６に繰り返し突き当たり、そしてその後退ストロークで物理的に壁から分離する。操作のこの様式は、チャンバ壁を溶解または損傷し得、そしてたとえあったとしても、細胞またはウイルスの破壊は、制限される。   If the wall 46 is compressed by a preload force and the natural frequency of the wall 46 is much less than the operating frequency of the transducer device 38, then the wall 46 will have the same frequency as the transducer device 38. Can not vibrate. The resulting vibratory motion of the transducer device 38 and wall 46 is out of phase, and the wall and transducer device are physically separated (ie, the vibrating surface of the transducer device 38 is on the wall 46 with its forward stroke. Repetitively bumps and physically separates from the wall with its retracting stroke.This mode of operation can lyse or damage the chamber wall and, if any, cell or virus destruction is limited.

本発明によれば、壁が前負荷力によって圧縮される場合に、壁４６の固有周波数は、トランスデューサーデバイス３８の操作周波数の近くであるはずである。この場合、壁４６は、その共鳴周波数でまたはその共鳴周波数の近くで励振され、そして壁４６は、溶解することもひびが入ることもなく、チャンバ４０にトランスデューサーデバイス３８の振動動作を効果的に移す。特に、壁が前負荷力によって圧縮される場合に、壁４６の固有周波数は、トランスデューサーデバイスの操作周波数に等しいか、またはトランスデューサーデバイスの操作周波数より５０％未満、より好ましくはトランスデューサーデバイスの操作周波数より２５％未満、そして最も好ましくはトランスデューサーデバイスの操作周波数より１０％未満、トランスデューサーデバイスの操作周波数とは異なるはずである。例えば、トランスデューサーデバイスの振動表面が、４０ｋＨｚの操作周波数で振動する場合、このとき、壁が、前負荷力によって圧縮される場合には、壁４６の固有周波数は、２０〜６０ｋＨｚの範囲、より好ましくは３０〜５０ｋＨｚの範囲、そして最も好ましくは３６〜４４ｋＨｚの範囲であるはずである。   According to the present invention, the natural frequency of the wall 46 should be close to the operating frequency of the transducer device 38 when the wall is compressed by the preload force. In this case, the wall 46 is excited at or near its resonant frequency, and the wall 46 effectively allows the chamber 40 to vibrate the transducer device 38 without melting or cracking. Move to. In particular, when the wall is compressed by a preload force, the natural frequency of the wall 46 is equal to or less than 50% of the operating frequency of the transducer device, more preferably of the transducer device. It should be less than 25% of the operating frequency, and most preferably less than 10% of the operating frequency of the transducer device, different from the operating frequency of the transducer device. For example, if the transducer device's vibrating surface vibrates at an operating frequency of 40 kHz, then if the wall is compressed by a preload force, the natural frequency of the wall 46 is in the range of 20-60 kHz, and more Preferably it should be in the range of 30-50 kHz, and most preferably in the range of 36-44 kHz.

前負荷力によって圧縮される場合に、壁４６の固有周波数が、上記されているようなトランスデューサーデバイス３８の操作周波数に合わせられる場合には、トランスデューサーデバイス３８は、チャンバ４０中で強力な圧力波または圧力パルスを発生し、そして強力な圧力の低下は、チャンバ中で達成され得ない。空洞化（微視的気泡の生成および破壊）は、チャンバ４０中で通常起こる。これらの気泡または空洞が、共鳴サイズに成長する場合、これらは、激しく壊れ、そして非常に高い局所的な圧力変化を生じる。圧力変化は、細胞またはウイルスへの機械的衝撃を提供して、細胞またはウイルスの破壊を生じる。細胞またはウイルスの破壊はまた、トランスデューサーデバイス３８の振動動作から生じる鋭い圧力上昇によって引き起こされ得る。さらに、細胞またはウイルスの破壊は、チャンバ４０中でビーズ６６の激しい動作によって引き起こされ得る。このビーズは、チャンバ中で力学的圧力パルスまたは圧力波によって激しく動かされ、細胞またはウイルスを破裂する。本発明の範囲は、チャンバ４０中でのビーズ６６の使用に限られない。このビーズ６６は、非常に強靭な細胞壁を有する特定の型の細胞（特に胞子）を迅速に破壊するために有効である。他の型の細胞（例えば、血液細胞）は、ビーズを使用することなく、しばしば破壊され得る、より弱い細胞壁を有する。   When compressed by a preload force, the natural frequency of the wall 46 is matched to the operating frequency of the transducer device 38 as described above, the transducer device 38 will have a strong pressure in the chamber 40. A wave or pressure pulse is generated and a strong pressure drop cannot be achieved in the chamber. Cavitation (microscopic bubble generation and destruction) usually occurs in the chamber 40. When these bubbles or cavities grow to a resonance size, they break violently and produce very high local pressure changes. The pressure change provides a mechanical impact on the cell or virus, resulting in the destruction of the cell or virus. Cell or virus destruction can also be caused by a sharp pressure rise resulting from the oscillating motion of the transducer device 38. In addition, cell or virus destruction can be caused by vigorous movement of beads 66 in chamber 40. The beads are vigorously moved by mechanical pressure pulses or pressure waves in the chamber to rupture cells or viruses. The scope of the present invention is not limited to the use of beads 66 in chamber 40. This bead 66 is effective for rapidly destroying certain types of cells (especially spores) having very tough cell walls. Other types of cells (eg blood cells) have weaker cell walls that can often be destroyed without the use of beads.

壁が、前負荷力によって圧縮される場合、チャンバ壁の固有周波数は、トランスデューサーデバイスの操作周波数に合わせられるので、壁は、実質的な熱が、界面で増加することなく、トランスデューサーデバイスの振動表面からエネルギーをチャンバに効果的に移す。このことは、容器を溶解することもひびを入れることもなく、チャンバへのエネルギーの効果的な移送およびチャンバ中での細胞またはウイルスの迅速な溶解を可能にする。   If the wall is compressed by a preload force, the natural frequency of the chamber wall is matched to the operating frequency of the transducer device, so that the wall does not increase in the transducer device without substantial heat increasing at the interface. Effectively transfers energy from the vibrating surface to the chamber. This allows effective transfer of energy into the chamber and rapid lysis of cells or viruses in the chamber without lysing or cracking the container.

チャンバ４０は、好ましくは２０〜１２０ｋＨｚの範囲の操作周波数で１０〜２０秒間超音波処理される。例示的なプロトコールにおいて、チャンバは、４０ｋＨｚの周波数で１５秒間超音波処理される。トランスデューサーデバイスの振動動作の振幅は、好ましくは、５〜６０マイクロメートルの範囲である（ピーク間で測定される）。図５を再び参照して、細胞またはウイルスの破壊後、シリンジポンプ７８は、放出された細胞内物質（例えば、核酸）を、容器１８から収集チューブ８２の中に汲み出す。   The chamber 40 is sonicated for 10-20 seconds, preferably at an operating frequency in the range of 20-120 kHz. In an exemplary protocol, the chamber is sonicated for 15 seconds at a frequency of 40 kHz. The amplitude of the vibratory motion of the transducer device is preferably in the range of 5-60 micrometers (measured between peaks). Referring again to FIG. 5, after cell or virus destruction, syringe pump 78 pumps released intracellular material (eg, nucleic acid) from container 18 into collection tube 82.

図４は、壁４６の断面図を示す。壁４６は、トランスデューサーデバイスに関してドーム型かつ凸面である（すなわち、壁４６は、トランスデューサーデバイスに向って外側に曲がっている）。壁４６のドーム型設計について有利な点は、ドーム型は、壁がチャンバにトランスデューサーデバイスの振動動作を移すため偏向することができないほど非常に堅くなることなく、（平らな壁と比較して）壁の固有周波数を増加することである。壁のドーム型部分は、好ましくは球状である（すなわち、球の弧の形を有する）。壁４６はまた、容器の他の部分（図３で示される）の間に壁４６をクランプするため平らな外リム７０を備え得る。あるいは、壁４６は、容器の一つ以上の部分と一体的に成形され得、そして平らな外リム７０は、排除され得る。壁が、前負荷力によって圧縮される場合、壁４６の固有周波数は、前負荷力および壁の以下のパラメーター：厚さＴ、球半径Ｒ、基本半径Ａ、基本の高さまたは上昇Ｈ、壁物質の密度、弾性係数、およびポアソン比、に依存する。   FIG. 4 shows a cross-sectional view of the wall 46. Wall 46 is dome-shaped and convex with respect to the transducer device (ie, wall 46 is bent outwardly toward the transducer device). The advantage of the dome design of the wall 46 is that the dome shape is not so stiff that the wall cannot be deflected to transfer the vibratory motion of the transducer device into the chamber (compared to a flat wall). ) Increase the natural frequency of the wall. The dome-shaped part of the wall is preferably spherical (ie has the shape of an arc of a sphere). The wall 46 may also include a flat outer rim 70 for clamping the wall 46 between other portions of the container (shown in FIG. 3). Alternatively, the wall 46 can be integrally molded with one or more portions of the container and the flat outer rim 70 can be eliminated. If the wall is compressed by a preload force, the natural frequency of the wall 46 is the preload force and the following parameters of the wall: thickness T, sphere radius R, basic radius A, basic height or rise H, wall Depends on material density, elastic modulus, and Poisson's ratio.

第１作業実施例の場合、本出願人は、０．５ｍｍの厚さＴ（壁の全体にわたって均一の厚さ）、１２．７ｍｍの球半径Ｒ、５．１６ｍｍの基本半径Ａ、および１．５ｍｍの上昇Ｈを有する、ドーム型壁を使用して成功した。壁は、３３７８Ｎ／ｍｍ２の弾性係数、１．４２ｇ／ｃｍ３の密度、および０．３５のポアソン比を有するアセタール（例えば、Ｄｅｌｒｉｎ（登録商標）、Ｄｕ Ｐｏｎｔ Ｉｎｃ．）から作製した。トランスデューサーデバイスは、８．９Ｎの前負荷力で壁に結合させた。壁は、約３８ｋＨｚの固有周波数を有した。この実施例において、トランスデューサーデバイスは、壁に接触するための振動先端を有する超音波ホーンアセンブリ（Ｓｏｎｉｃｓ＆Ｍａｔｅｒｉａｌから市販されている）であった。トランスデューサーデバイスは、４０ｋＨｚの操作周波数（ホーンの共鳴振動）で１０〜２０秒間操作された。振動動作の振幅（ピーク間で測定される）は、２５〜４０マイクロメートルの範囲であった。 In the case of the first working example, the Applicant has a thickness T of 0.5 mm (uniform thickness over the entire wall), a spherical radius R of 12.7 mm, a basic radius A of 5.16 mm, and 1. A dome-shaped wall with a rise H of 5 mm has been successfully used. The walls were made from an acetal (eg, Delrin®, Du Pont Inc.) having an elastic modulus of 3378 N / mm 2 , a density of 1.42 g / cm 3 , and a Poisson's ratio of 0.35. The transducer device was bonded to the wall with a preload force of 8.9N. The wall had a natural frequency of about 38 kHz. In this example, the transducer device was an ultrasonic horn assembly (commercially available from Sonics & Material) with a vibrating tip for contacting the wall. The transducer device was operated for 10-20 seconds at an operating frequency of 40 kHz (horn resonant vibration). The amplitude of the oscillating motion (measured between peaks) was in the range of 25-40 micrometers.

第２の研究例として、出願人は、０．５ｍｍの厚さＴ（壁の全体にわたって一定の厚さ）、１９ｍｍの球半径Ｒ、５．１６ｍｍの基本半径Ａ，および１．２ｍｍの上昇Ｈを有するドーム型壁を使用して成功した。この壁は、３３７８Ｎ／ｍｍ２の弾性係数、１．４２ｇ／ｃｍ３の密度、および０．３５のポアソン比を有するアセタール（例えば、Ｄｅｌｒｉｎ（登録商標）、Ｄｕ Ｐｏｎｔ Ｉｎｃ．）から作られた。トランスデューサーデバイスが、４．４Ｎの前負荷力でこの壁に結合された。この壁は、約３２ｋＨｚの固有周波数を有した。このトランスデューサーデバイスは、この壁に接触させるための振動先端を有する超音波ホーンアセンブリであった。このトランスデューサーデバイスは、４０ｋＨｚの操作周波数（ホーンの共鳴振動）で１０〜２０秒間操作された。振動運動の振幅（ピークからピークを測定した）は、２５〜４０マイクロメートルの範囲であった。 As a second example, Applicant has shown that a thickness T of 0.5 mm (constant thickness across the wall), a spherical radius R of 19 mm, a basic radius A of 5.16 mm, and a rise H of 1.2 mm Successfully used a dome-shaped wall. The wall was made from an acetal (eg, Delrin®, Du Pont Inc.) having an elastic modulus of 3378 N / mm 2 , a density of 1.42 g / cm 3 , and a Poisson's ratio of 0.35. A transducer device was bonded to this wall with a preload force of 4.4N. This wall had a natural frequency of about 32 kHz. The transducer device was an ultrasonic horn assembly with a vibrating tip for contacting the wall. The transducer device was operated for 10-20 seconds at an operating frequency of 40 kHz (horn resonant vibration). The amplitude of vibrational motion (measured from peak to peak) was in the range of 25-40 micrometers.

上記実施例は、本発明の範囲を制限することを意図されない。多くの他のパラメーター値は、壁４６の固有周波数が、トランスデューサーデバイスの操作周波数に等しいかまたはトランスデューサーデバイスの操作周波数の５０％以内であるという判定基準を満たすように選択され得る。これらの判定基準を満たすために適切なパラメーターは、広く市販されている有限要素分析ソフトウェアを使用して選択され得る。例えば、ソフトウェアパッケージＣＯＳＭＯＳ／Ｗｏｒｋｓ（登録商標）は、Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ＲｅｓｅａｒｃｈおよびＡｎａｌｙｓｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、１２１２１ Ｗｉｌｓｈｉｒｅ Ｂｌｖｄ．７ｔｈ Ｆｌｏｏｒ、Ｌｏｓ Ａｎｇｅｌｅｓ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９００２５から市販されている。   The above examples are not intended to limit the scope of the invention. Many other parameter values can be selected to meet the criteria that the natural frequency of wall 46 is equal to or within 50% of the operating frequency of the transducer device. Appropriate parameters to meet these criteria can be selected using widely available finite element analysis software. For example, the software package COSMOS / Works® is available from Structural Research and Analysis Corporation, 12121 Wilshire Blvd. 7th Floor, Los Angeles, Calif. 90025.

適切なチャンバ壁を設計する際に、壁の厚さＴは、好ましくは、０．２５〜１ｍｍの範囲内である。この壁の厚さＴが、０．２５ｍｍより薄い場合、壁４６は、製造するのに弱すぎ得るかまたは製造するのが困難であり得る。この壁の厚さＴが、１ｍｍより厚い場合、壁は、トランスデューサーデバイスの振動運動に応答して、適切に偏向させるには堅すぎ得る。壁４６は、好ましくは成形プラスティック部分である。壁４６に適切な物質としては、アセタール、ポリプロピレン、またはポリカーボネートが挙げられる。さらに、トランスデューサーデバイスの操作周波数は、好ましくは２０〜１２０ｋＨｚの範囲であり、トランスデューサーデバイスの振動表面の振幅（ピークからピーク）は、好ましくは、５〜６０マイクロメートルの範囲であり、そして前負荷力は、好ましくは２〜５０Ｎの範囲である。   In designing a suitable chamber wall, the wall thickness T is preferably in the range of 0.25 to 1 mm. If the wall thickness T is less than 0.25 mm, the wall 46 may be too weak to manufacture or difficult to manufacture. If the wall thickness T is greater than 1 mm, the wall may be too stiff to properly deflect in response to the vibratory motion of the transducer device. Wall 46 is preferably a molded plastic portion. Suitable materials for the wall 46 include acetal, polypropylene, or polycarbonate. Furthermore, the operating frequency of the transducer device is preferably in the range of 20-120 kHz, the amplitude (peak to peak) of the transducer device's vibrating surface is preferably in the range of 5-60 micrometers, and The load force is preferably in the range of 2-50N.

（代替的実施形態）
ドーム型のチャンバ壁が、現在好ましいが、この壁は、代替的な形状（例えば、剛性リブを含むか、平らであるか、または異なる厚さ部分を有する、壁）を有し得る。例えば、一つの代替的実施形態において、チャンバ壁は、平らな円形ディスクの形態を有する。この平らな壁への前負荷力の適用は、非圧力状態でその固有周波数を超えてその固有周波数を増加させる張力を作り出す。この壁の寸法は、この壁が前負荷力によって圧縮される場合、この壁の固有周波数が、トランスデューサーデバイスの操作周波数に等しいか、またはこのトランスデューサーデバイスの操作周波数の５０％未満、より好ましくはこのトランスデューサーデバイスの操作周波数の２５％未満、そして最も好ましくはこのトランスデューサーデバイスの操作周波数の１０％未満、このトランスデューサーデバイスの操作周波数とは異なるように選択される。この平らなチャンバ壁についての寸法を選択する際に、壁の厚さは、好ましくは０．２５〜１ｍｍの範囲である。この壁の厚さが、０．２５ｍｍより薄い場合、平らな壁は、弱すぎ得る。この壁の厚さが、１ｍｍより厚い場合、この壁は、トランスデューサーデバイスの振動運動に応答して適切に偏向させるには堅すぎ得る。 (Alternative embodiment)
Although a dome-shaped chamber wall is presently preferred, the wall may have alternative shapes (eg, walls that include rigid ribs, are flat, or have different thickness portions). For example, in one alternative embodiment, the chamber wall has the form of a flat circular disc. Application of a preload force to this flat wall creates a tension that increases its natural frequency beyond its natural frequency in a non-pressure condition. The wall dimensions are such that when the wall is compressed by a preload force, the natural frequency of the wall is equal to the operating frequency of the transducer device or less than 50% of the operating frequency of the transducer device. Is selected to be less than 25% of the operating frequency of the transducer device, and most preferably less than 10% of the operating frequency of the transducer device, different from the operating frequency of the transducer device. In selecting the dimensions for this flat chamber wall, the wall thickness is preferably in the range of 0.25 to 1 mm. If the wall thickness is less than 0.25 mm, the flat wall may be too weak. If the wall thickness is greater than 1 mm, the wall may be too stiff to properly deflect in response to the vibratory motion of the transducer device.

適切で平らな壁の特定の研究例として、この壁は、４．５ｍｍの半径および０．５ｍｍの厚さ（壁の全体にわたって一定の厚さ）を有する円形ディスクの形態であり得る。この壁は、３３７８Ｎ／ｍｍ２の弾力係数、１．４２ｇ／ｃｍ３の密度、および０．３５のポアソン比を有するアセタール（例えば、Ｄｅｌｒｉｎ（登録商標）、Ｄｕ Ｐｏｎｔ Ｉｎｃ．）から作られる。トランスデューサーデバイスは、４．４Ｎの前負荷力でこの壁に結合される。この壁は、前負荷力によって圧縮される場合、約２０ｋＨｚの固有周波数を有する。このトランスデューサーデバイスは、２０ｋＨｚの操作周波数で１０〜２０秒間操作される。このトランスデューサーデバイスの振動運動の振幅（ピークからピークを測定した）は、好ましくは、５〜６０マイクロメートルの範囲である。この実施例は、本発明の範囲を制限することを意図されず、そして多くの他のパラメーター値は、この壁が前負荷力によって圧縮される場合に、この壁の固有周波数が、トランスデューサーデバイスの操作周波数の５０％以内である判定基準を満たすように、（例えば、有限要素分析ソフトウェアを使用して）選択され得る。 As a specific example of a suitable flat wall, this wall may be in the form of a circular disc with a radius of 4.5 mm and a thickness of 0.5 mm (constant thickness throughout the wall). This wall is made from an acetal (eg Delrin®, Du Pont Inc.) having a coefficient of elasticity of 3378 N / mm 2 , a density of 1.42 g / cm 3 and a Poisson's ratio of 0.35. The transducer device is coupled to this wall with a preload force of 4.4N. This wall has a natural frequency of about 20 kHz when compressed by a preload force. This transducer device is operated for 10-20 seconds at an operating frequency of 20 kHz. The amplitude of the oscillatory motion of this transducer device (measured from peak to peak) is preferably in the range of 5 to 60 micrometers. This example is not intended to limit the scope of the present invention, and many other parameter values indicate that when the wall is compressed by a preload force, the natural frequency of the wall Can be selected (e.g., using finite element analysis software) to meet a criterion that is within 50% of the operating frequency.

図６Ａ−６Ｂは、本発明によるトランスデューサーデバイスの振動表面を接触させるための別のチャンバ壁８６を示す。図６Ａに示されるように、壁８６の一側面は、中心部分８８およびこの中心部分８８から半径方向に延びる剛性リブ９０を有する。この壁はまた、リブ９０の間に形成された凹部９２を有する。図６Ｂに示されるように、この壁８６の他の側面は、平らな表面９４を有する。図７は、壁８６を有する容器１８の部分的に切り取られた等尺図を示す。この壁８６は、平らな表面を有する壁の側面が、チャンバに対し内側であるように、そしてリブ９０を有する壁の側面が、このチャンバに対し外側であるように、配置されることが好ましい。このリブ９０は、壁が、トランスデューサーデバイスの振動運動に応答して偏向させることができないほど非常に堅いことに起因することなく、（平らな壁と比較して）壁８６の固有周波数を増加するので、有利である。   6A-6B show another chamber wall 86 for contacting the vibrating surface of a transducer device according to the present invention. As shown in FIG. 6A, one side of the wall 86 has a central portion 88 and a rigid rib 90 extending radially from the central portion 88. This wall also has recesses 92 formed between the ribs 90. As shown in FIG. 6B, the other side of this wall 86 has a flat surface 94. FIG. 7 shows a partially cut away isometric view of the container 18 having a wall 86. The wall 86 is preferably arranged such that the side of the wall having a flat surface is inside the chamber and the side of the wall having ribs 90 is outside the chamber. . This rib 90 increases the natural frequency of the wall 86 (as compared to a flat wall) without causing the wall to be so stiff that it cannot be deflected in response to the oscillatory motion of the transducer device. This is advantageous.

図８は、壁８６を有する容器１８の底面図を示す。中心部分８８は、トランスデューサーデバイスを接触させるための壁８６の外部表面を提供する。この壁８６の寸法は、前負荷力によって圧縮される場合、壁の固有周波数が、トランスデューサーデバイスの操作周波数に等しいか、またはトランスデューサーデバイスの操作周波数の５０％以内、より好ましくはこのトランスデューサーデバイスの操作周波数の２５％以内、そして最も好ましくはこのトランスデューサーデバイスの操作周波数の１０％以内である判定基準を満たすように選択される。これらの判定基準を満たすために適切な壁の寸法は、有限要素分析ソフトウェア（例えば、Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ＲｅｓｅａｒｃｈおよびＡｎａｌｙｓｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＣＯＳＭＯＳ／Ｗｏｒｋｓ（登録商標））を使用して選択され得る。壁８６は、好ましくは、成形プラスチック部分である壁８６に適切な物質としては、アセタール、ポリプロピレン、またはポリカーボネートが挙げられる。   FIG. 8 shows a bottom view of the container 18 having a wall 86. The central portion 88 provides the outer surface of the wall 86 for contacting the transducer device. The dimensions of this wall 86, when compressed by a preload force, the natural frequency of the wall is equal to the operating frequency of the transducer device or within 50% of the operating frequency of the transducer device, more preferably the transducer It is selected to meet a criterion that is within 25% of the operating frequency of the device, and most preferably within 10% of the operating frequency of the transducer device. Appropriate wall dimensions to meet these criteria can be selected using finite element analysis software (eg, COSMOS / Works® commercially available from Structural Research and Analysis Corporation). Wall 86 is preferably a molded plastic part. Suitable materials for wall 86 include acetal, polypropylene, or polycarbonate.

図７を再度参照すると、リブ壁（ｒｉｂｂｅｄ ｗａｌｌ）８６とトランスデューサーデバイスとの相互作用は、ドーム型の壁と上記されたトランスデューサーデバイスとの相互作用に類似する。トランスデューサーデバイスの振動表面は、壁において圧力（代表的には、圧縮力と張力との混合）を作り出す前負荷力で壁８６の外部表面に結合される（好ましくは、壁の中心部分に結合される）。容器１８のチャンバ中で細胞またはウイルスを破壊するため、トランスデューサーデバイスが起動され、そしてこのトランスデューサーデバイスの振動表面は、壁８６を偏向させる。前負荷力によって圧縮される場合に、壁８６の固有周波数が、上記されたようなトランスデューサーデバイスの操作周波数に合わせられる場合、このトランスデューサーデバイスは、チャンバ中で強力な圧力波または圧力パルスを発生し、そして強力な圧力低下が、このチャンバ中で達成され得る。空洞化は、通常、チャンバ中での細胞またはウイルスの破壊の結果として生じる。さらに、細胞またはウイルスの破壊は、必要に応じてチャンバ中でのビーズの激しい運動によって引き起こされ得る。   Referring back to FIG. 7, the interaction between the ribbed wall 86 and the transducer device is similar to the interaction between the dome-shaped wall and the transducer device described above. The vibrating surface of the transducer device is coupled to the outer surface of the wall 86 (preferably coupled to the central portion of the wall) with a preload force that creates pressure (typically a mixture of compressive force and tension) at the wall. ) In order to destroy cells or viruses in the chamber of the container 18, the transducer device is activated and the vibrating surface of this transducer device deflects the wall 86. When compressed by a preload force, if the natural frequency of the wall 86 is matched to the operating frequency of the transducer device as described above, the transducer device will cause a strong pressure wave or pressure pulse in the chamber. A generated and strong pressure drop can be achieved in this chamber. Cavitation usually occurs as a result of cell or virus destruction in the chamber. In addition, cell or virus destruction can be caused by vigorous movement of the beads in the chamber as needed.

チャンバは、好ましくは、２０〜１２０ｋＨｚの範囲中の操作周波数で１０〜２０秒間超音波処理される。例示的なプロトコールにおいて、チャンバは、４０ｋＨｚの周波数で１５秒間超音波処理される。トランスデューサーデバイスの振動運動の振幅は、好ましくは、５〜６０マイクロメートルの範囲（ピークからピークを測定した）である。チャンバの先端壁は、必要に応じて、流動リブ９６を有し得る。この流動リブ９６は、出口ポート４４を通じてチャンバから液体および空気の気泡をチャネリングするために有用である。   The chamber is preferably sonicated for 10-20 seconds at an operating frequency in the range of 20-120 kHz. In an exemplary protocol, the chamber is sonicated for 15 seconds at a frequency of 40 kHz. The amplitude of the vibratory motion of the transducer device is preferably in the range of 5 to 60 micrometers (measured from peak to peak). The tip wall of the chamber can have flow ribs 96 as required. This flow rib 96 is useful for channeling liquid and air bubbles from the chamber through the outlet port 44.

細胞またはウイルスを保持するための容器は、上記の好ましい実施形態に記載されている特別な容器を必要としない。細胞またはウイルスを保持するためのチャンバを有する任意の型の容器は、この容器が、本発明の原理に従って適切なチャンバ壁を有する限り、本発明を実用化するために使用され得る。適切な容器としては、反応容器、キュベット、カセット、およびカートリッジが挙げられるが、これらに限定されない。この容器は、複数のサンプル調製および分析機能を実施するため（例えば、溶解した細胞またはウイルスから放出される核酸を精製するため、この核酸を試薬と混ぜ合わせるため、ならびに／またはこの核酸を増幅および検出するため）の複数のチャンバおよび／または複数のチャネルを有し得る。このような容器は、２０００年５月３０日に出願された国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ００／１４７３８、２００１年７月２６日に出願された国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０１／２３７７６、米国特許第６，３７４，６８４号、米国特許第６，３９１，５４１号、および米国特許第６，４４０，７２５号において開示されている。あるいは、この容器は、破壊のために細胞またはウイルスを保持するための単一チャンバだけを有し得る。   Containers for holding cells or viruses do not require special containers as described in the preferred embodiments above. Any type of container having a chamber for holding cells or viruses can be used to put the invention into practice so long as the container has appropriate chamber walls in accordance with the principles of the invention. Suitable containers include, but are not limited to, reaction vessels, cuvettes, cassettes, and cartridges. The container is used to perform multiple sample preparation and analysis functions (e.g., to purify nucleic acids released from lysed cells or viruses, to mix the nucleic acids with reagents, and / or to amplify and Multiple chambers and / or multiple channels (for detection). Such containers include International Application No. PCT / US00 / 14738 filed May 30, 2000, International Application No. PCT / US01 / 23776, filed July 26, 2001, US Pat. No. 6,374. 684, U.S. Pat. No. 6,391,541, and U.S. Pat. No. 6,440,725. Alternatively, the container may have only a single chamber for holding cells or viruses for destruction.

本発明の装置および方法に従って、前負荷力を用いてチャンバ壁にトランスデューサーデバイスの振動表面を結合するための多くの異なる可能な手段が存在する。例えば、一つの代替的な実施形態において、この結合手段は、トランスデューサーデバイスおよび容器を互いに圧縮するための万力およびとめ金を備える。別の実施形態において、この結合手段は、容器がサンプル処理のために配置される器具または装置を備える。この器具は、容器を受け取るためのネスティング部位を備え、そしてトランスデューサーデバイスが、この器具内に配置され、その結果、このトランスデューサーデバイスの振動表面は、容器がネスティング部位に配置された場合に、チャンバ壁の外部表面と隣接する。この器具は、チャンバ壁に対しトランスデューサーデバイスを圧縮するための前負荷力を提供するための弾性体（例えば、バネ）を備え得る。あるいは、トランスデューサーデバイスは、単に、器具内に強固に固定され得、そして容器は、例えば、容器上のふたを閉めることによって前負荷力を提供するためにトランスデューサーデバイスの表面に対しクランプ留められる。   In accordance with the apparatus and method of the present invention, there are many different possible means for coupling the vibrating surface of the transducer device to the chamber wall using a preload force. For example, in one alternative embodiment, the coupling means comprises a vise and a clasp for compressing the transducer device and the container together. In another embodiment, the coupling means comprises an instrument or device in which the container is arranged for sample processing. The instrument includes a nesting site for receiving a container, and the transducer device is disposed within the instrument so that the vibrating surface of the transducer device is when the container is positioned at the nesting site Adjacent to the outer surface of the chamber wall. The instrument may comprise an elastic body (eg, a spring) for providing a preload force to compress the transducer device against the chamber wall. Alternatively, the transducer device can simply be rigidly secured within the instrument and the container is clamped against the surface of the transducer device to provide a preload force, for example by closing a lid on the container. .

別の実施形態において、この結合手段は、トランスデューサーデバイスおよび容器を一緒に圧縮するために気圧を適用するための圧力システムを備える。あるいは、磁気力または重力が、前負荷力を用いてトランスデューサーデバイスおよび容器を結合するために使用され得る。本発明の各実施形態において、力は、トランスデューサーデバイス（もしくはこのトランスデューサーデバイスが配置される固定具）、容器（もしくはこの容器が配置される固定具）、またはトランスデューサーデバイスおよび容器の両方に対し適用され得る。   In another embodiment, the coupling means comprises a pressure system for applying atmospheric pressure to compress the transducer device and the container together. Alternatively, magnetic force or gravity can be used to couple the transducer device and container using a preload force. In each embodiment of the invention, the force is applied to the transducer device (or the fixture on which the transducer device is placed), the container (or the fixture on which the vessel is placed), or both the transducer device and the vessel. It can be applied to.

弾性体が、トランスデューサーデバイスとチャンバ壁との間に前負荷力を提供するために使用される実施形態において、適切な弾性体としては、コイルバネ、波型バネ（ｗａｖｅ ｓｐｒｉｎｇ）、ねじりバネ、らせんバネ、リーフバネ、楕円形バネ、半楕円形バネ、弾性ゴムバネ、および大気圧バネが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、この弾性体は、コイルバネである。コイルバネは、装置中に配置するために簡単かつ安価であるので、好ましい。さらに、これらの各々の実施形態において、弾性体は、互いに対しトランスデューサーデバイスおよび容器を押すかあるいは引くかのいずれかであるように配置され得る。例として、バネは、押すことまたは引くことのいずれかによって前負荷力を提供するように配置され得る。さらに、複数の弾性体は、力を適用するために使用され得る。   In embodiments where the elastic body is used to provide a preload force between the transducer device and the chamber wall, suitable elastic bodies include coil springs, wave springs, torsion springs, spirals. Examples include, but are not limited to, springs, leaf springs, elliptical springs, semi-elliptical springs, elastic rubber springs, and atmospheric pressure springs. Preferably, the elastic body is a coil spring. A coil spring is preferred because it is simple and inexpensive to place in the device. Further, in each of these embodiments, the elastic bodies can be arranged to either push or pull the transducer device and the container relative to each other. As an example, the spring may be arranged to provide a preload force by either pushing or pulling. Furthermore, a plurality of elastic bodies can be used to apply the force.

従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその法的等価物によって決定されるべきである。   Accordingly, the scope of the invention should be determined by the following claims and their legal equivalents.

図１は、細胞またはウイルスを破壊するための装置の等尺図である。FIG. 1 is an isometric view of an apparatus for destroying cells or viruses. 図２は、図１の装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the apparatus of FIG. 図３は、図１の装置における使用のための容器の断面図である。トランスデューサーデバイスの振動表面は、容器の壁に連結される。3 is a cross-sectional view of a container for use in the apparatus of FIG. The vibrating surface of the transducer device is connected to the wall of the container. 図４は、図３の壁の断面図である。4 is a cross-sectional view of the wall of FIG. 図５は、図１の装置を組み込む流体システムの概略ブロック図である。FIG. 5 is a schematic block diagram of a fluid system incorporating the apparatus of FIG. 図６Ａ−６Ｂは、破壊されるべき細胞またはウイルスを捕捉するための容器中で使用するために適合した別の壁の反対側の等尺図である。6A-6B are isometric views of the other side of another wall adapted for use in a container for capturing cells or viruses to be destroyed. 図７は、図６Ａ−６Ｂの壁を組み込む容器の部分的に一部を切り取った等尺図である。FIG. 7 is an isometric view with a portion cut away of the container incorporating the walls of FIGS. 6A-6B. 図８は、図７の容器の底平面図である。FIG. 8 is a bottom plan view of the container of FIG.

Claims (16)

細胞またはウイルスを破壊するための装置であって、該装置は、以下：
ａ）細胞またはウイルスを保持するためのチャンバを有する容器であって、ここで、該容器は、該チャンバを規定する少なくとも一つの壁を備え、そして、ここで、該壁は、該チャンバに対する外部表面を有する、容器；
ｂ）トランスデューサーデバイスであって、該トランスデューサーデバイスが該壁に結合される場合、該チャンバ中で圧力波または圧力パルスを発生するのに十分な操作周波数および操作振幅で振動するためのトランスデューサーデバイス；
ｃ）該壁内に圧力を作り出すために十分な前負荷力で該壁の外部表面に該トランスデューサーデバイスを結合するための手段；
を備え、
ここで、該壁が、該前負荷力によって圧力を加えられる場合、該壁の固有周波数は、該トランスデューサーデバイスの該操作周波数に等しいか、または該トランスデューサーデバイスの該操作周波数の５０％未満だけ、該トランスデューサーデバイスの該操作周波数よりも小さい、
装置。A device for destroying cells or viruses, the device comprising:
a) a container having a chamber for holding cells or viruses, wherein the container comprises at least one wall defining the chamber, wherein the wall is external to the chamber A container having a surface;
b) A transducer device for oscillating at an operating frequency and amplitude sufficient to generate a pressure wave or pressure pulse in the chamber when the transducer device is coupled to the wall. device;
c) means for coupling the transducer device to the outer surface of the wall with sufficient preload force to create pressure in the wall;
With
Here, when the wall is pressurized by the preload force, the natural frequency of the wall is equal to the operating frequency of the transducer device or less than 50% of the operating frequency of the transducer device Only less than the operating frequency of the transducer device,
apparatus. 請求項１に記載の装置であって、ここで、前記操作周波数は、超音波である、装置。  The apparatus according to claim 1, wherein the operating frequency is ultrasound. 請求項２に記載の装置であって、ここで、前記トランスデューサーデバイスは、前記壁に結合される先端を有する超音波ホーンを備え、そして、ここで、前記操作周波数は、該ホーンの共鳴周波数である、装置。  3. The apparatus of claim 2, wherein the transducer device comprises an ultrasonic horn having a tip coupled to the wall, and wherein the operating frequency is the resonance frequency of the horn. Is the device. 請求項１に記載の装置であって、ここで、前記トランスデューサーデバイスは、圧電スタックを備える、装置。  The apparatus of claim 1, wherein the transducer device comprises a piezoelectric stack. 請求項１に記載の装置であって、ここで、前記壁は、前記トランスデューサーデバイスに関しドーム型および凸状である、装置。  The apparatus of claim 1, wherein the wall is dome-shaped and convex with respect to the transducer device. 請求項１に記載の装置であって、ここで、前記壁は、前記トランスデューサーデバイスに対し球状および凸状である、装置。  The apparatus of claim 1, wherein the wall is spherical and convex with respect to the transducer device. 請求項１に記載の装置であって、ここで、前記壁は、平らである、装置。  The apparatus of claim 1, wherein the wall is flat. 請求項７に記載の装置であって、ここで、前記壁は、中心部分および該中心部分から半径方向に延びる剛性リブを備える、装置。  8. The apparatus of claim 7, wherein the wall comprises a central portion and a rigid rib extending radially from the central portion. 請求項１に記載の装置であって、前記細胞またはウイルスを破壊するための前記チャンバ中にビーズをさらに包含する、装置。  The apparatus of claim 1, further comprising beads in the chamber for destroying the cells or viruses. 請求項１に記載の装置であって、ここで、前記チャンバは、該チャンバを通るサンプルの流れを可能なように配置される少なくとも二つの口を有し、ここで、該装置は、該サンプルが、該チャンバを通って流れる場合、前記細胞またはウイルスを破壊するために、該チャンバ中に固層物質をさらに備える、装置。  2. The apparatus of claim 1, wherein the chamber has at least two ports arranged to allow sample flow through the chamber, wherein the apparatus comprises the sample. Wherein the device further comprises a solid material in the chamber to destroy the cells or viruses when flowing through the chamber. 請求項１に記載の装置であって、ここで、前記壁が、前記前負荷力によって圧縮される場合、壁の固有周波数は、前記トランスデューサーデバイスの前記操作周波数に等しいか、または該トランスデューサーデバイスの該操作周波数の２５％未満だけ、該トランスデューサーデバイスの該操作周波数よりも小さい、装置。  2. The apparatus of claim 1, wherein when the wall is compressed by the preload force, the natural frequency of the wall is equal to or equal to the operating frequency of the transducer device. An apparatus that is less than the operating frequency of the transducer device by less than 25% of the operating frequency of the device. 請求項１に記載の装置であって、ここで、前記壁が、前記前負荷力によって圧縮をかけられる場合、該壁の前記固有周波数は、前記トランスデューサーデバイスの前記操作周波数に等しいか、または該トランスデューサーデバイスの該操作周波数の１０％未満だけ、該トランスデューサーデバイスの該操作周波数よりも小さい、装置。  2. The apparatus of claim 1, wherein when the wall is compressed by the preload force, the natural frequency of the wall is equal to the operating frequency of the transducer device, or An apparatus that is less than the operating frequency of the transducer device by less than 10% of the operating frequency of the transducer device. 請求項１に記載の装置であって、ここで、前記トランスデューサーデバイスの前記操作周波数は、２０〜１２０ｋＨｚの範囲であり、該トランスデューサーデバイスの振動動作の振幅は、５〜６０マイクロメートルの範囲であり、そして前記前負荷力は、２〜５０Ｎの範囲である、装置。  2. The apparatus of claim 1, wherein the operating frequency of the transducer device is in the range of 20-120 kHz, and the amplitude of the vibratory motion of the transducer device is in the range of 5-60 micrometers. And the preload force is in the range of 2-50N. 請求項１に記載の装置であって、ここで、前記壁に前記トランスデューサーデバイスを結合するための手段は、前記容器および前記トランスデューサーデバイスを互いに対して保持するための支持構造を備え、そして該トランスデューサーデバイスの振動表面は、該壁の外部表面と接触し、該支持構造は、前記前負荷力を提供するための弾性体を備える、装置。  The apparatus of claim 1, wherein the means for coupling the transducer device to the wall comprises a support structure for holding the container and the transducer device relative to each other; An apparatus, wherein a vibrating surface of the transducer device is in contact with an external surface of the wall and the support structure comprises an elastic body for providing the preload force. 請求項１４に記載の装置であって、ここで、前記弾性体は、バネを含む、装置。  15. The device according to claim 14, wherein the elastic body includes a spring. 請求項１に記載の装置であって、ここで、前記壁に前記トランスデューサーデバイスの前記振動表面を結合するための前記手段は、クランプを含む、装置。  The apparatus of claim 1, wherein the means for coupling the vibrating surface of the transducer device to the wall includes a clamp.
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